作者： vivo 互联网服务器团队- Zhang Jing

本文以游戏周周乐的幸运码为切入点，针对其生成过程中涉及的随机性、唯一性及高并发等特点，设计了一种基于号段+子码的创新架构。该方案不仅在生成速度上表现突出，还显著提升了存储效率，同时降低了扩容成本，为类似的号码生成系统提供了设计上的新思路和启发。

文章太长？1 分钟看图抓住核心观点👇

一、业务背景

用户可通过完成相关任务获取周周乐幸运码，幸运码的投放规则如下：

• 基础投放量：每期 100 万注唯一无重复的 6 位数字幸运码

• 动态扩容机制：参与人数超额时，可实时追加 100 万注

二、幸运码特性

根据背景介绍，我们可以知道幸运码需要支持如下特性：

• 随机性，发给每个用户的幸运码都是随机的，同时每个用户领取的多个幸运码也是随机的。

• 唯一性，每一组的幸运码中，各幸运码都是唯一的。

• 范围性，幸运码严格限定在 000000 到 999999 区间内。

• 高并发，幸运码的生成和发放需要支持高并发，能够至少达到 300QPS。

• 可追加，在当期活动非常火爆时，需要可临时追加一组幸运码库存。

三、方案选型

鉴于幸运码需严格限定在 6 位数字范围内（000000-999999），传统雪花算法因生成超长 ID（64 位二进制）且依赖时间戳递增特性，难以直接适配。以下将对比三种方案：实时随机生成模式、预生成库存模式及号段+子码模式，并会根据生成速度、存储效率、扩容成本三个核心指标进行系统性评估，最终选择出最优解决方案。

3.1 方案一：实时随机生成模式

实现逻辑：

1. 生成随机数

2. 再查询数据库是否有该随机数

3. 若没有则入库，完成幸运码发放

4. 若有再重新执行第一步

缺陷分析：

• 碰撞概率随库存消耗不断上升

• 数据库 IO 压力随并发量线性增长

• 不满足高并发场景性能要求

3.2 方案二：预生成库存模式

实现逻辑：

采用预生成幸运码方式：离线生成 100 万个幸运码，随机打散，写入数据库，每个幸运码对应一个从 1 自增的序列号，并使用 Redis 记录幸运码序列号索引，初始值为 1。

发放步骤如下：

1. 从 Redis 查询幸运码序列号索引

2. 使用该索引查询幸运码，并完成幸运码发放

3. 递增 Redis 的序列号索引，确保序列号索引关联的幸运码是下一个可发放的幸运码

缺陷分析：

• 存储空间浪费：未发放号码占用存储

• 扩容效率低下：追加库存需重新预生成

3.3 方案三：号段+子码模式

采用号段+子码机制：

• 号段管理：将 10^6 号码划分为 1000 个号段（号段值：0-999）

• 子码管理：每个号段维护 1000 个可用子码（子码值：0-999）

• 生成规则：幸运码=随机号段*1000+随机子码（示例：129358=129*1000+358）

3.4 方案对比

综上，我们综合幸运码生成速度、存储效率、扩容成本等指标，最终采用了号段+子码模式来生成幸运码。

四、关键技术实现

4.1 号段分层机制

将 100 万注幸运码划分为 1000 个号段（每段 1000 注），每个号段由两部分组成：

• 号段 ID：号段 ID 为唯一且不重复的整数，范围介于 0 到 999 之间。

• 子码串：1000 位字符串，采用"01"标记使用状态，0 表示未使用，1 表示已使用，初始全 0。

幸运码生成公式：

 幸运码 = 号段 ID * 1000 + 子码位置

该设计既保留了生成幸运码的随机性（号段 ID 随机+子码随机），又通过子码的类比特位存储方式提升了存储效率。

4.2 分布式并发控制

4.2.1 多级缓存策略

Redis 存储可用号段集合，若号段的子码使用完，该号段会从 Redis 集合中剔除，同时本地缓存也会预加载可用号段，确保发码时能更高效地获取候选号段。

4.2.2 高效锁抢占策略

系统为每个号段分配了分布式锁，当执行发放幸运码时，会从本地缓存随机获取 15 个候选号段。然后在遍历获取号段时，将等待锁的超时时间设置成 30ms，确保号段被占用的情况下能够快速遍历到下一个号段（根据实际场景统计，等待锁的情况很少发生，一般最多遍历到第二个号段即可成功抢占）。一旦成功获得号段的分布式锁后，便可进一步随机获取该号段下的可用子码。

4.2.3 动态库存策略

要追加库存，只需再创建一组幸运码号段，并写入 Redis，后续发放时获取该组的可用号段生成幸运码即可。从性能和存储空间上远优于预生成方式。

4.3 幸运码发放

发放步骤：

1. 随机获取至多 15 个可用号段

2. 遍历号段

3. 抢占号段的分布式锁

4. 若号段的分布式锁抢占成功，则随机获取号段中可用的子码，再根据号段和子码生成幸运码

5. 若号段的分布式锁抢占失败，则遍历下一个号段，并重复上述步骤

五、总结

（1）双重随机保障

• 一级随机：号段选择随机（0-999）

• 二级随机：子码选择随机（0-999）

• 通过号段随机和子码随机方式确保生成的幸运码完全随机

（2）数据唯一性

• 通过号段唯一和号段内的子码唯一确保生成的幸运码全局唯一

（3）弹性扩展能力

• 扩容耗时仅需秒级别

• 存储空间相比预生成方案节省 80%

（4）高性能发放

• 通过多重缓存及高效号段抢占策略大幅提升幸运码生成效率

• 实测 QPS>300，平均响应时间<15ms

本设计方案通过创新的号段+子码管理机制，在保证号码随机性和唯一性的同时，实现了高并发场景下的稳定服务能力，为类似号码生成系统的设计提供了可复用的架构范式。